專(zhuān)利名稱(chēng)：適于低電源電壓下工作的存儲(chǔ)器及讀出放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到讀出放大器，更確切地說(shuō)是涉及到低電壓存儲(chǔ)器的讀出放大器。
電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)是用電信號(hào)進(jìn)行擦除和編程的非易失存儲(chǔ)器件。一個(gè)EEPROM通常包括數(shù)千個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元可單獨(dú)地編程和擦除。通常，EEPROM單元包括一個(gè)浮柵晶體管和一個(gè)選擇晶體管。EEPROM器件中的選擇晶體管用來(lái)選擇待要擦除或編程的單個(gè)EEPROM單元。器件中的浮柵晶體管是實(shí)際儲(chǔ)存各個(gè)特定存儲(chǔ)單元的數(shù)字值的那些晶體管。
為了對(duì)一個(gè)單元進(jìn)行編程和擦除，一般用所知的富勒·諾德哈姆(Fowler Nordheim)隧穿現(xiàn)象來(lái)儲(chǔ)存浮柵晶體管浮柵電極上的正電荷或負(fù)電荷。例如，借助于將正電壓加至選擇門(mén)晶體管的漏和柵，同時(shí)將浮柵晶體管的控制柵保持為地電位，從而實(shí)現(xiàn)編程。結(jié)果，電子通過(guò)隧道電介質(zhì)從浮柵晶體管的浮柵隧穿到漏極，使浮柵被正充電。
EEPROM的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)是快速EEPROM?？焖貳EPROM提供電擦除和編程能力且通常其電路密度提高了。這一提高了的電路密度通常以只能夠成塊地擦除快速EEPROM陣列為代價(jià)而得到。通常，陣列在一步即一閃中被擦除，這就是為什么稱(chēng)之為快速EEPROM的道理。
通常希望使工作于高速下的集成電路EEPROM具有最小的電路區(qū)。此外，希望集成電路EEPROM工作于越來(lái)越低的電壓。隨著時(shí)間的推移，對(duì)降低功率的需求已導(dǎo)致對(duì)電壓越來(lái)越低的集成電路的需求。在當(dāng)前的技術(shù)中，此低電壓一般在2.7-3.0V之間，但期望進(jìn)一步降低。
一個(gè)典型的快速EEPROM集成電路將接收一個(gè)地址并響應(yīng)于此而選擇一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元。這些存儲(chǔ)單元通常根據(jù)此地址的第一部分(行地址)而組織成行和列，存儲(chǔ)器選擇位于選定行上的存儲(chǔ)單元。根據(jù)此地址的第二部分(列地址)，選定行上的一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元被選定用于讀出和輸出。由于信號(hào)線(xiàn)(即位線(xiàn))具有高的容性負(fù)載，故存儲(chǔ)單元本身只能提供很小的差分信號(hào)，于是，要求用高效讀出放大器來(lái)將相當(dāng)小的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被輸出的信號(hào)。寫(xiě)入操作通常相反地進(jìn)行，其中一個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)被接收并驅(qū)動(dòng)到位于選定行上選定列中的存儲(chǔ)單元。
因此，希望讀出放大器能夠讀出小的差分信號(hào)且空間上是高效的。


圖1示意圖示出了一個(gè)存儲(chǔ)器陣列。
圖2是可用于本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的剖面圖。
圖3的表示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器陣列的工作方法。
圖4以局部方框圖和局部平面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器組件。
圖5以局部方框圖、局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了與圖4中存儲(chǔ)器組件的讀出有關(guān)的譯碼器和讀出放大器部分。
圖6示出了與導(dǎo)通和不導(dǎo)通存儲(chǔ)單元讀出周期相關(guān)的各個(gè)信號(hào)的時(shí)間圖。
圖7以方框圖形式示出了用于圖4的存儲(chǔ)器組件的編程驅(qū)動(dòng)器。
圖8以局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖5和7所示電路各部分的具體電路。
圖9以局部方框圖、局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)控制柵驅(qū)動(dòng)電路。
圖10以示意圖形式示出了可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖9的脈沖電路部分的具體電路。
圖11以局部方框圖和局部示意圖的形式示出了用來(lái)產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的圖9的控制柵驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓的一個(gè)充電泵。
圖12以局部方框圖和局部示意圖的形式示出了圖11的一個(gè)電壓倍增級(jí)。
圖13示出了可用來(lái)理解圖12的電壓倍增級(jí)的工作的信號(hào)時(shí)間圖。
圖14示出了與圖11的充電泵的各級(jí)相關(guān)的電容。
在本發(fā)明中，控制電路接收一個(gè)擦除電壓、一個(gè)正的編程電壓和一個(gè)負(fù)的編程電源?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)偏置電路產(chǎn)生偏置電壓。在選定存儲(chǔ)單元的編程周期中，負(fù)的編程電源被加至控制柵線(xiàn)。在非選定存儲(chǔ)單元的編程周期中，正的編程電壓被加至控制柵線(xiàn)。在選定存儲(chǔ)單元的擦除周期中，擦除電壓被加至控制柵線(xiàn)。在讀出周期中，偏置電壓被加至控制柵線(xiàn)。
本發(fā)明提供了改善非易失存儲(chǔ)器陣列的組間漏電與漏極干擾問(wèn)題的方法。為了著手這些問(wèn)題，先前所知的器件已修改了存儲(chǔ)陣列的布局或調(diào)整了陣列中各存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)。但本發(fā)明卻修改存儲(chǔ)器陣列的工作方法而不是修改存儲(chǔ)器單元的物理設(shè)計(jì)。
由于只改變了非易失存儲(chǔ)器陣列的工作，故沒(méi)有必要對(duì)存儲(chǔ)器陣列的布局或單個(gè)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行代價(jià)高昂的改變。由于本發(fā)明不包括對(duì)存儲(chǔ)器陣列的修改，故不局限于特定的EEPROM單元結(jié)構(gòu)。這就使本發(fā)明的編程和讀出技術(shù)可用于各種非易失存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)。現(xiàn)參照?qǐng)D1對(duì)根據(jù)本發(fā)明的非易失存儲(chǔ)器陣列的編程方法進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1示出了存儲(chǔ)器陣列25，它由各帶有一個(gè)隔離晶體管和一個(gè)浮柵晶體管的各單個(gè)存儲(chǔ)單元組成。應(yīng)該了解的是，圖1是用來(lái)給出非易失存儲(chǔ)器陣列的示意性代表，而本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)或存儲(chǔ)器陣列25中的存儲(chǔ)單元數(shù)目。本發(fā)明許多特點(diǎn)中的一個(gè)特點(diǎn)是下述操作技術(shù)都與各種大小和結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器陣列兼容。
在此特例中，存儲(chǔ)器陣列25被安排成有二行存儲(chǔ)單元，每行有4個(gè)單元。虛線(xiàn)框被用來(lái)表示存儲(chǔ)器陣列25中二個(gè)特定存儲(chǔ)單元的元件。對(duì)于下面的討論，存儲(chǔ)器陣列25包含一個(gè)選定的存儲(chǔ)單元10和一個(gè)未被選定的存儲(chǔ)單元30。選定的存儲(chǔ)單元10表示正被編程、擦除或讀出的存儲(chǔ)單元，而未被選定的單元30表示存儲(chǔ)器陣列25中未被啟動(dòng)并且可能正經(jīng)受漏極干擾現(xiàn)象影響的附近單元。
存儲(chǔ)器陣列25中的各存儲(chǔ)單元由控制柵線(xiàn)、隔離柵線(xiàn)、源極線(xiàn)和漏極線(xiàn)啟動(dòng)。在存儲(chǔ)器陣列25的工作過(guò)程中，所有這些信號(hào)線(xiàn)將必要的電壓電位提供給各存儲(chǔ)單元的恰當(dāng)部位。如前所述，本發(fā)明的各實(shí)施倒不局限于某些存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。但為明了起見(jiàn)，將提供一種特定的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)作為可用于存儲(chǔ)器陣列25的存儲(chǔ)單元的例子。圖2是可用來(lái)實(shí)現(xiàn)各存儲(chǔ)單元位置的存儲(chǔ)單元10的放大了的剖面圖。
如圖2所示，存儲(chǔ)單元10包含二個(gè)晶體管，一個(gè)隔離晶體管22和一個(gè)浮柵晶體管23。在1995年11月28日授予Chang等人的美國(guó)專(zhuān)利5,471,422(此處列為參考)中，描述了存儲(chǔ)單元10的結(jié)構(gòu)和制造。隔離晶體管22有一個(gè)用來(lái)調(diào)制源端12與漏端13之間的溝道的柵端19。浮柵晶體管23有一個(gè)用介電材料17與浮柵結(jié)構(gòu)18電隔離的柵端21，且柵端21被用作控制柵以調(diào)制源端13和漏端14之間的溝道。注意，隔離晶體管22的漏端13還用作浮柵晶體管23的源端13。晶體管22和23都制作在提供襯底11和柵端19以及浮柵結(jié)構(gòu)18之間的電隔離的公共介電層16上。
先前已知的非易失存儲(chǔ)器陣列通常包含由儲(chǔ)存各存儲(chǔ)單元的邏輯態(tài)的單個(gè)浮柵晶體管所組成的存儲(chǔ)單元。這種存儲(chǔ)器陣列通常構(gòu)造成使特定列中的所有晶體管的漏電壓被共用，并使柵電壓被同一行中的所有晶體管共用。為了對(duì)單個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編程，將負(fù)電壓加至柵端，源極線(xiàn)接地，且正電壓加至漏極線(xiàn)。在陣列結(jié)構(gòu)中，只有被選定的浮柵晶體管會(huì)在柵極上有負(fù)電壓并在漏極上有正電壓，產(chǎn)生一個(gè)促進(jìn)編程的大的電壓差。但眾所周知，與正被編程的存儲(chǔ)單元處于同一列的其余浮柵晶體管也將在其漏極上有正電壓。但這些未被選定的存儲(chǔ)單元的柵端未加有負(fù)電壓。因此，它們沒(méi)有像正被編程的存儲(chǔ)單元那樣大的電壓差，但仍將有大得足以引起漏極干擾問(wèn)題的電壓差。
本發(fā)明的編程技術(shù)借助于降低所有未被選定的存儲(chǔ)單元的電壓差來(lái)解決已知存儲(chǔ)陣列的這一缺點(diǎn)。再參照?qǐng)D1，對(duì)于下面的例子，被選定的存儲(chǔ)單元10將被編程，而未被選定的存儲(chǔ)單元30不被干擾。注意，大多數(shù)信號(hào)線(xiàn)由于被用來(lái)向這些結(jié)構(gòu)提供電壓電位，故有意地用與圖2所用結(jié)構(gòu)相同的元件號(hào)來(lái)標(biāo)明。為了對(duì)根據(jù)本發(fā)明的選定的存儲(chǔ)單元10進(jìn)行編程，約為-5～-15V的負(fù)電壓用控制柵線(xiàn)21加至柵端21。漏極線(xiàn)14被用來(lái)將約為0.1-10V的正電壓加至浮柵晶體管23的漏極端14。隔離柵線(xiàn)19通常接地(0V)，或具有低得足以關(guān)斷隔離晶體管22的電壓。由被選定的存儲(chǔ)單元10和未被選定的存儲(chǔ)單元30二者共用的源極線(xiàn)12的電壓電位約為-5-5V。
至此，本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)之處在于當(dāng)被選定的存儲(chǔ)單元10正被編程和驗(yàn)證時(shí)，將不同的電壓加至未被選定的存儲(chǔ)單元30的各端。用控制柵線(xiàn)32將約為0.1-10V的電壓加至未被選定的存儲(chǔ)單元30，而不是將未被選定的晶體管的柵端接地。由于柵端32的電壓電位比柵端21的高約0.1-20V，故大大改善了未被選定的存儲(chǔ)單元30的漏極干擾問(wèn)題。由于正電壓被加至未被選定的柵極的柵端，而不是像現(xiàn)有技術(shù)那樣接地，故沿未被選定的柵的漏極端的垂直場(chǎng)被明顯地降低。
還需指出的是，本發(fā)明的編程技術(shù)不能用于各存儲(chǔ)單元帶有單獨(dú)一個(gè)浮柵晶體管的已知存儲(chǔ)器陣列。由于這些先前已知的存儲(chǔ)單元沒(méi)有隔離晶體管，故單個(gè)浮柵晶體管被暴露于存儲(chǔ)器陣列中存在的所有的電壓。若正電壓被加至未被選定的存儲(chǔ)單元的柵端，則此電壓可能在所有浮柵晶體管的源與漏之間引起溝道。這一電流不僅可能消耗大量功率，且由于熱載流子注入(HCI)而可能使未被選定的各晶體管變成被編程。
本發(fā)明的編程技術(shù)不僅保護(hù)未被選定的存儲(chǔ)單元免于漏極干擾問(wèn)題，而且還降低了從充電泵流出的電流。借助于降低所有未被選定的存儲(chǔ)單元的漏端處的垂直電場(chǎng)，從襯底通至漏端的電流被明顯地降低。這反過(guò)來(lái)又降低了編程程序中充電泵所需提供的電流。因此，本發(fā)明使得有可能用小的充電泵來(lái)設(shè)計(jì)非易失存儲(chǔ)器陣列。這就降低了存儲(chǔ)器陣列的最終制作成本。
本發(fā)明還提供了一旦選定的存儲(chǔ)單元10被編程時(shí)，讀取存儲(chǔ)器陣列25的改進(jìn)了的方法。為了讀取儲(chǔ)存在被選定的存儲(chǔ)單元10中的數(shù)值，大約為0.1-5V的電壓被加至漏極線(xiàn)14和控制柵線(xiàn)21。電源電壓Vdd被加至隔離柵線(xiàn)19，而源極線(xiàn)12被接地。這些電壓一旦被建立，就測(cè)量通過(guò)浮柵晶體管23的電流以確定存儲(chǔ)單元10的狀態(tài)。
先前所知的讀出技術(shù)在讀出過(guò)程中通常使未被選定的各存儲(chǔ)器位置的柵端接地。即使在接地電位下，也有一定的泄漏電流流過(guò)各存儲(chǔ)單元。在大的陣列結(jié)構(gòu)中，這一寄生泄漏會(huì)增大讀出操作的功耗。但本發(fā)明將一已知的電壓電平加于未被選定的存儲(chǔ)單元的隔離晶體管的柵端以確保這些存儲(chǔ)單元不會(huì)導(dǎo)通。例如，隔離柵線(xiàn)31被接地以防止未被選定的存儲(chǔ)單元30導(dǎo)通。這不僅降低了充電泵所需的電流，而且降低了存儲(chǔ)器陣列25的功耗。本發(fā)明的這一特點(diǎn)使未被選定的存儲(chǔ)器位置可以處于任一電壓電位。各未被選定的存儲(chǔ)器位置由于被隔離晶體管電隔離而不引起泄漏電流。
圖3示出了編程、擦除和讀出操作過(guò)程中對(duì)被選定和未被選定的存儲(chǔ)器單元的一組具體的條件。值得注意的是，此特例在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但決不能認(rèn)為圖3是對(duì)本發(fā)明的限制。
圖4以局部方框圖和局部平面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器組件400。存儲(chǔ)器組件400通常包括一個(gè)控制和預(yù)譯碼部分410、一個(gè)低壓字譯碼部分420和460、高壓字譯碼部分430和470、高壓預(yù)譯碼部分432和472、位單元陣列440和480、以及讀出放大器(amp)部分450?？刂坪皖A(yù)譯碼部分410有一個(gè)用來(lái)接收地址和控制信息(標(biāo)為“ADDRESS/CONTROL”)的輸入、用來(lái)接通標(biāo)為“DATA”的信號(hào)的一個(gè)雙向端點(diǎn)、以及連接于低壓字譯碼部分420和460、高壓預(yù)譯碼部分432和472及讀出放大器部分450的各個(gè)輸出。低壓字譯碼部分420和460的各輸出分別連接于位單元陣列440和位單元陣列480，用來(lái)提供信號(hào)以選擇位單元陣列440和480中的晶體管的柵極。高壓預(yù)譯碼部分432和472的各輸出分別連接于高壓字譯碼部分430和高壓字譯碼部分470。高壓字譯碼部分430和高壓字譯碼部分470被連接于位單元陣列440和480。
存儲(chǔ)器組件400是一個(gè)帶有左半位單元陣列440和右半位單元陣列480的快速EEPROM存儲(chǔ)器陣列。每個(gè)位單元陣列包括位于各由控制柵線(xiàn)和選擇柵線(xiàn)代表的各行與位線(xiàn)所代表的各列的交點(diǎn)處的存儲(chǔ)單元。此位線(xiàn)連接于對(duì)8個(gè)列進(jìn)行選擇的讀出放大器部分450的相應(yīng)輸入。在讀出模式中，讀出放大器部分450對(duì)來(lái)自8個(gè)被選擇的位線(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行讀取，且將讀到的信號(hào)饋至響應(yīng)后輸出DATA的控制和預(yù)譯碼部分410。在編程模式中，DATA通過(guò)控制和預(yù)譯碼部分410被輸入到讀出放大器部分450并驅(qū)動(dòng)到8個(gè)被選定的位線(xiàn)，用來(lái)編程到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。圖4所示的是二個(gè)與圖1的存儲(chǔ)單元完全相同的代表性存儲(chǔ)單元10和30因而標(biāo)以相同的參考號(hào)。注意，在此討論中，術(shù)語(yǔ)“選擇柵”和“隔離柵”可交互地使用。漏端14和位于同一列中的其它存儲(chǔ)單元的漏端被連接于與讀出放大器部分450相連的位線(xiàn)。與讀出周期相關(guān)的是一個(gè)標(biāo)為“IBIT”的位單元電流，此電流通常標(biāo)為流入被選定的存儲(chǔ)單元的方向，在理解下列更完整的讀出周期的操作時(shí)是有用的。
在所示的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器組件400是一個(gè)適合于連接到微控制器磁心作為微控制器(未示出)部件的組件。但顯然，存儲(chǔ)器組件400也可采用為一個(gè)單芯片快速存儲(chǔ)器?？刂坪皖A(yù)譯碼區(qū)410被用來(lái)連接于微控制器的內(nèi)部總線(xiàn)，使其帶有一個(gè)用來(lái)接收來(lái)自微控制器的地址和控制信號(hào)的輸入和一個(gè)到微控制器內(nèi)部總線(xiàn)的數(shù)據(jù)部位的雙向連接。注意根據(jù)存儲(chǔ)組件400的結(jié)構(gòu)DATA可包括任意數(shù)目的信號(hào)，但在所示實(shí)施例中只包括8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。
控制和預(yù)譯碼區(qū)410執(zhí)行幾種功能?？刂坪皖A(yù)譯碼410包括用來(lái)啟動(dòng)存儲(chǔ)器組件400不同部位的各種寄存器。這一操作包括(但不局限于)充電泵啟動(dòng)、寫(xiě)入啟動(dòng)和擦除啟動(dòng)。此外，控制和預(yù)譯碼區(qū)410還包括用來(lái)接收ADDRESS/CONTROL并執(zhí)行對(duì)地址完全譯碼所要求的部分譯碼功能的邏輯?？刂坪皖A(yù)譯碼區(qū)410還包括用來(lái)選定包括與下面圖11所示的充電泵1120相關(guān)的電壓的各電源信號(hào)的路線(xiàn)的開(kāi)關(guān)功能。響應(yīng)于讀出或編程周期，控制和預(yù)譯碼區(qū)410將預(yù)譯碼地址提供給用來(lái)進(jìn)一步譯碼的低壓字譯碼區(qū)420和460。額外的譯碼被進(jìn)一步執(zhí)行以便完全被譯碼過(guò)的選擇柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)得以從中輸出。
此外，低壓字譯碼區(qū)420和460將位單元陣列440和480上的預(yù)譯碼信號(hào)提供給高壓字譯碼區(qū)430和470。例如，圖4示出了標(biāo)為“預(yù)譯碼信號(hào)”的示例信號(hào)，它是低壓字譯碼部分420提供給位單元陣列440上的高壓字譯碼部分430的。借助于在陣列的二端之間分裂低和高壓譯碼器并使預(yù)譯碼信號(hào)在位于在陣列中各存儲(chǔ)單元的可得到的間距之中的信號(hào)線(xiàn)上傳送，存儲(chǔ)器400就減小了譯碼所需的電路面積。
高壓預(yù)譯碼區(qū)432和472提供分別用于高壓字譯碼區(qū)430和470中的高壓信號(hào)。每個(gè)高壓預(yù)譯碼區(qū)432和472接收包括+5V、+15V和-12V的三個(gè)輸入電源電壓，還接收一部分地址和各種控制信號(hào)。高壓預(yù)譯碼區(qū)432和472響應(yīng)于此而分別將高壓預(yù)譯碼地址信號(hào)提供給高壓字譯碼區(qū)430和470。高壓字譯碼區(qū)430和470從低壓字譯碼區(qū)420和460以及高壓預(yù)譯碼區(qū)432和472二者接收預(yù)譯碼信號(hào)，并反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)選定行中的晶體管控制柵?？刂茤疟或?qū)動(dòng)至上面圖3所述的適當(dāng)?shù)碾妷骸?br> 各個(gè)位單元陣列440和480包括位于存儲(chǔ)器組件400的各半個(gè)中的字線(xiàn)與位線(xiàn)唯一交點(diǎn)處的各個(gè)位單元。例如，位單元陣列440和480都被組織成256字線(xiàn)乘以512位線(xiàn)。注意，對(duì)各個(gè)字線(xiàn)，采用了唯一的控制和選擇柵信號(hào)。每個(gè)512位線(xiàn)為讀出放大器部分450提供一個(gè)位線(xiàn)信號(hào)。位單元陣列440中所示的是一對(duì)對(duì)應(yīng)于圖1的存儲(chǔ)單元10和30的代表性單元，因此用相同的參考號(hào)表示。
讀出放大器部分450包括64個(gè)讀出放大器且具有到控制和預(yù)譯碼部分410的雙向連接。64個(gè)讀出放大器中的每一個(gè)被連接于8個(gè)位線(xiàn)，并根據(jù)來(lái)自預(yù)譯碼部分410的譯碼信息而在讀出模式中執(zhí)行8到1的復(fù)用功能。注意，在編程模式或擦除模式中，發(fā)生1到8的解復(fù)用功能。來(lái)自64個(gè)讀出放大器的8重復(fù)用輸出被進(jìn)一步選擇以提供一個(gè)8位輸出。根據(jù)本發(fā)明的一種情況，在編程周期中，一部分讀出放大器被進(jìn)一步用來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了集成電路的面積，下面參照?qǐng)D8將更充分地加以描述。
在讀出周期中，控制和預(yù)譯碼區(qū)410接收規(guī)定讀出周期的輸入地址和控制信號(hào)。在此周期中，控制和預(yù)譯碼區(qū)410確定選擇左半陣列中的存儲(chǔ)單元的一位還是選擇右半陣列中的存儲(chǔ)單元的一位，以致只有陣列440或陣列480被激活。在讀出周期中，所有存儲(chǔ)單元的控制柵都保持在一個(gè)恒定的電壓電平。在所示的實(shí)施例中，這一恒定電平等于標(biāo)為“VSS”的電源電壓加表示為“VTP”的P溝閾值加上一個(gè)約等于200mV的小的附加電壓。VSS是一個(gè)標(biāo)稱(chēng)值約為0V的更負(fù)的或接地電源電壓端。對(duì)于未被選定的存儲(chǔ)單元，隔離柵保持在0V，而對(duì)于被選定的存儲(chǔ)單元，隔離柵被驅(qū)動(dòng)到標(biāo)為“VDD”的電源電壓端的數(shù)值。VDD是標(biāo)稱(chēng)值為2.7V(但根據(jù)本發(fā)明，其實(shí)際值可低至約1.8V)的一個(gè)更正的電源電壓端。這些電壓選擇位單元陣列的一個(gè)字線(xiàn)。例如，若存儲(chǔ)單元10所在的字線(xiàn)待要被選擇，則選擇柵1(SG1)可被驅(qū)動(dòng)到電壓VDD，而控制柵1(CG1)可保持在恒定電平。其結(jié)果是，存儲(chǔ)單元10的導(dǎo)通將使位線(xiàn)14放電。但當(dāng)存儲(chǔ)單元30的控制柵CG2被保持在恒定(DC)電平時(shí)，其隔離柵將被驅(qū)動(dòng)到約為0V。
在編程周期即寫(xiě)入周期中，控制和預(yù)譯碼區(qū)410接收表明寫(xiě)入周期正在進(jìn)行的地址和控制信號(hào)，并同讀出周期那樣提供譯碼地址信號(hào)。但在寫(xiě)入周期中的數(shù)據(jù)流動(dòng)是相反的。讀出放大器部分450中的讀出放大器借助于鎖存輸入數(shù)據(jù)并在選定的位線(xiàn)上驅(qū)動(dòng)輸入數(shù)據(jù)而起附加的作用。在寫(xiě)入周期中，借助于合適的高壓字譯碼區(qū)430或470，使被選定字線(xiàn)上的存儲(chǔ)單元的隔離柵被驅(qū)動(dòng)到0V，而控制柵被驅(qū)動(dòng)到-12V。但在未被選定的字線(xiàn)上的存儲(chǔ)單元的隔離柵被驅(qū)動(dòng)到0V，而其控制柵被驅(qū)動(dòng)到3.5V。注意，3.5V的電壓是借助于使5V充電泵電壓降低一個(gè)等于恰當(dāng)尺寸的N溝晶體管的閾值(VTN)的量而得到的。在讀出周期中，隔離柵電壓確定存儲(chǔ)單元10是否處于激活字線(xiàn)中，而在編程周期中，控制柵電壓確定單元10是否在激活字線(xiàn)中。
在擦除周期中，無(wú)論被選定的字線(xiàn)、被選定的字線(xiàn)區(qū)或整個(gè)位單元陣列均可被擦除。注意擦除選項(xiàng)的選擇在各不同實(shí)施例中是不同的。在擦除周期中，控制柵上所驅(qū)動(dòng)的電壓決定著被選定字線(xiàn)中的存儲(chǔ)單元是否將被擦除。被選定的字線(xiàn)中的存儲(chǔ)單元的控制柵在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被高壓字譯碼區(qū)430或470驅(qū)動(dòng)到15V。注意，加于被選定的字線(xiàn)上的存儲(chǔ)單元控制柵上的這個(gè)15V電壓必須維持約50ms。在適用于與微控制器磁心一起使用的存儲(chǔ)器組件400中，此50ms決定于微控制器磁心，它必須確保存儲(chǔ)器組件400在這一時(shí)間過(guò)去之前不被訪(fǎng)問(wèn)。但若存儲(chǔ)器組件400被做成獨(dú)立存儲(chǔ)器，則最好包含有一個(gè)用來(lái)測(cè)定擦除模式中所度過(guò)的時(shí)間的制作在芯片上的計(jì)時(shí)器。在擦除模式中，被選定的字線(xiàn)的隔離柵被驅(qū)動(dòng)到電壓VDD。同時(shí)在擦除模式中，所有位線(xiàn)維持在0V電壓。將隔離柵維持在VDD可使跨越溝道的隧穿更為均勻并能改善可靠性。
圖5以局部方框圖、局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了圖4的存儲(chǔ)器組件的一個(gè)譯碼和讀出放大器部分500。讀出放大器500是圖4所示讀出放大器SA1-SAN中的任一個(gè)。讀出放大器500包括譯碼邏輯部分510和520、P型MOS晶體管542、544、562、564、倒相器546和566、電流源548、550、568和570、以及電壓比較器530。譯碼邏輯部分510有多個(gè)包括晶體管512和513的N型MOS晶體管、一個(gè)選擇電路515以及一個(gè)閾值電壓發(fā)生器511。晶體管512有一個(gè)柵極、一個(gè)用來(lái)從位單元陣列440接收多個(gè)位線(xiàn)中的一個(gè)的第一電流電極以及一個(gè)第二電流電極。晶體管513有一個(gè)柵極、一個(gè)用來(lái)從位單元陣列440接收多個(gè)位線(xiàn)中的一個(gè)的第一電流電極以及一個(gè)第二電流電極。選擇電路515有多個(gè)包括傳輸門(mén)518和517的傳輸門(mén)。傳輸門(mén)518有一個(gè)連接于控制和譯碼部分410的正負(fù)控制電極、一個(gè)連接于晶體管513的第二電流電極的第一電流電極以及一個(gè)連接于標(biāo)為“INA”的節(jié)點(diǎn)531的第二電流電極。傳輸門(mén)517有一個(gè)連接于控制和譯碼部分410的正負(fù)控制電極、一個(gè)連接于晶體管512的第二電流電極的第一電流電極以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA 531的第二電流電極。
譯碼邏輯520有包括晶體管522和523的多個(gè)N型MOS晶體管、一個(gè)選擇電路525以及一個(gè)閾值電壓發(fā)生器521。晶體管522有一個(gè)柵極、一個(gè)用來(lái)從位單元陣列480接收多個(gè)位線(xiàn)中的一個(gè)的第一電流電極以及一個(gè)第二電流電極。晶體管523有一個(gè)柵極、一個(gè)用來(lái)從位單元陣列480接收多個(gè)位線(xiàn)中的一個(gè)的第一電流電極以及一個(gè)第二電流電極。選擇電路525有多個(gè)包括傳輸門(mén)528和527的傳輸門(mén)。傳輸門(mén)528有一個(gè)連接于控制和譯碼部分410的正負(fù)控制電極、一個(gè)連接于晶體管523的第二電流電極的第一電流電極以及一個(gè)連接于標(biāo)為“INB”的節(jié)點(diǎn)532的第二電流電極。傳輸門(mén)527有一個(gè)連接于控制和譯碼部分410的正負(fù)控制電極、一個(gè)連接于晶體管522的第二電流電極的第一電流電極以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INB的第二電流電極。
晶體管542有一個(gè)柵極、一個(gè)連接于VDD的源極和一個(gè)漏極。晶體管544有一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA 531的柵極、一個(gè)連接于晶體管542的漏的源極以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA的漏極。倒相器546有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“右陣列啟動(dòng)”584的信號(hào)的輸入端以及一個(gè)連接于晶體管542的柵極的輸出端。電流源548有一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)左陣列啟動(dòng)580的啟動(dòng)輸入端、一個(gè)連接于VDD的第一電流端以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA 531的第二電流端。電流源550有一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)右陣列啟動(dòng)584的啟動(dòng)輸入端、一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA 531的第一電流端以及一個(gè)連接于VSS的第二電流端。
P型MOS晶體管562有一個(gè)柵極、一個(gè)連接于VDD的源極以及一個(gè)漏極。P型晶體管564有一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INB的柵極、一個(gè)連接于晶體管562的漏極的源極以及一個(gè)連接于INB端的漏極。倒相器566有一個(gè)用來(lái)接收左陣列啟動(dòng)580的輸入端以及一個(gè)連接于晶體管562的柵極的第二輸出。電流源568有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“右陣列啟動(dòng)584”的信號(hào)的啟動(dòng)端、一個(gè)連接于VDD的第一電流端以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INB的第二電流端。電流源570有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“左陣列啟動(dòng)580”的信號(hào)的啟動(dòng)端、一個(gè)接地的第一電流端以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INB的第二電流端。電壓比較器530有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“比較啟動(dòng)582”的信號(hào)的控制輸入端、一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA的第一輸入端、一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INB的第二輸入端以及一個(gè)用來(lái)提供標(biāo)為“DATA OUT 534”的信號(hào)的輸出端。
讀出放大器500代表讀出放大器450中的一個(gè)讀出放大器的一部分。讀出放大器500中所示的元件是與讀出模式有關(guān)的讀出放大器的那些部分。
在工作中，當(dāng)讀出周期開(kāi)始時(shí)，電壓比較器530二側(cè)的節(jié)點(diǎn)531和532處的電壓電平被圖5中未示出的電路均衡為VDD。借助于在節(jié)點(diǎn)INA531和節(jié)點(diǎn)INB 532之間產(chǎn)生不同的放電速率，讀出放大器500能夠在電壓比較器530處讀到位單元中恰當(dāng)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)態(tài)并響應(yīng)于此而驅(qū)動(dòng)信號(hào)DATA OUT 534。
若節(jié)點(diǎn)INA 531已被選定來(lái)接收來(lái)自位單元陣列440的信息，且已選定陣列440的一個(gè)非導(dǎo)通的位單元，則在節(jié)點(diǎn)INA 531上可能不存在放電速率。結(jié)果，節(jié)點(diǎn)INA 531就可能保持其預(yù)充電電平VDD。但未被選定來(lái)接收來(lái)自位單元陣列480的信息的節(jié)點(diǎn)INB 532可以以預(yù)定的速率放電，從而使電壓比較器能夠探測(cè)到節(jié)點(diǎn)INB 532上較節(jié)點(diǎn)INA 531更低的電壓。根據(jù)這一比較，電壓比較器530提供信號(hào)DATA OUT 534作為系統(tǒng)規(guī)定的邏輯電平高或邏輯電平低信號(hào)。
若節(jié)點(diǎn)INA 531已被選定來(lái)接收來(lái)自位單元陣列440的信息，且已選定陣列440的一個(gè)導(dǎo)通的位單元，則節(jié)點(diǎn)INA 531上可能出現(xiàn)放電速率。讀出放大器500設(shè)計(jì)成使節(jié)點(diǎn)INA 531處的放電速率大于節(jié)點(diǎn)INB532上的放電速率。放電速率的這一差異使電壓比較器530能夠探測(cè)到比節(jié)點(diǎn)INB 532上更低的節(jié)點(diǎn)INA 531上的電壓。結(jié)果，當(dāng)讀到非導(dǎo)通的位單元時(shí)，電壓比較器530就探測(cè)到與此讀出應(yīng)答的狀態(tài)。
當(dāng)數(shù)據(jù)從位單元陣列440讀出時(shí)作為參考的節(jié)點(diǎn)INB 532的放電速率由當(dāng)左陣列啟動(dòng)580被認(rèn)定表明讀出周期開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)的電流源570控制成基本上固定的速率。信號(hào)左陣列啟動(dòng)580的激活還啟動(dòng)在被選定時(shí)以給定速率向電荷節(jié)點(diǎn)INA 531提供電流的電流源548。電流源548向節(jié)點(diǎn)INA 531提供電荷的速率使當(dāng)陣列440中的非導(dǎo)通位單元被選定時(shí)，節(jié)點(diǎn)INA 531保持預(yù)充電電壓VDD。此外，電流源548向節(jié)點(diǎn)INA 531提供電荷的速率的幅度不同于電流源570的放電速率，以致當(dāng)導(dǎo)通的位被選定時(shí)，則節(jié)點(diǎn)INA 531上的放電速率大于節(jié)點(diǎn)INB 532上的放電速率。因此，電流源548的充電速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電流源570的放電速率。
電流源548和570的關(guān)系使電壓比較器530在節(jié)點(diǎn)INB 532和/或節(jié)點(diǎn)INA 531放電時(shí)能夠恰當(dāng)?shù)刈x出位單元的導(dǎo)通態(tài)。在放電發(fā)生在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)的高頻工作中，這一關(guān)系是有用的。若整個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)531和532可完全地放電到0V，則讀出放大器500有可能不能讀出導(dǎo)通的位單元，從而使電壓比較器530不能讀出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。為了解決這一問(wèn)題，讀出放大器500包括一個(gè)由二極管連接的P溝晶體管564和啟動(dòng)P溝晶體管562組成的箝位電路。晶體管562和564將節(jié)點(diǎn)INB 532箝制到預(yù)定電壓，從而防止電流源570使節(jié)點(diǎn)532完全地放電。其結(jié)果是，在低速系統(tǒng)中(其中的節(jié)點(diǎn)531和532完成放電)，節(jié)點(diǎn)INB 532的電壓電平將保持在高于節(jié)點(diǎn)INA 531的電壓電平，其中的電壓差能夠被電壓比較器530讀出。相反，當(dāng)非導(dǎo)通的位被讀出時(shí)，節(jié)點(diǎn)INB 532將處于低于節(jié)點(diǎn)INA 531的電壓。
為了用上述方法讀出數(shù)據(jù)，必須將從陣列440中的位單元讀出的電流轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)INA 531上的電壓。讀出放大器 500達(dá)到這一讀出功能的方法是借助于將電流至電壓的轉(zhuǎn)換功能與加載功能分開(kāi)，并將它們分配在選擇電路515的不同側(cè)上而使極低的電源電壓下的工作得以進(jìn)行。讀出放大器500借助于確保電壓比較器530所讀出的電壓降的大小是最佳的(與較小電流產(chǎn)生電壓降的現(xiàn)有技術(shù)相反)而使得能夠低壓工作。
當(dāng)傳輸門(mén)517被選定時(shí)，這些元件中的電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系就開(kāi)始。注意，傳輸門(mén)517是左邊位譯碼區(qū)519中8個(gè)傳輸線(xiàn)中的一個(gè)，它被譯碼邏輯控制以便從位單元陣列440選擇8個(gè)位門(mén)中的一個(gè)。一旦被選擇，來(lái)自被選定位線(xiàn)的讀出電流就可流過(guò)由電壓參考511偏置于VSS以上二倍N溝閾值電平的N溝晶體管512。這就使N溝晶體管512能夠以相似于公共柵放大器(它具有低的輸入阻抗和相當(dāng)高的輸出阻抗)的方式工作。晶體管512的低的輸入阻抗特性容許晶體管512的位線(xiàn)側(cè)能夠在讀出周期開(kāi)始時(shí)迅速地預(yù)充電，而高的阻抗輸出特性與電流源548的非常高的阻抗特性一起，使越過(guò)晶體管512到節(jié)點(diǎn)INA 531的電壓增益很大。
由于讀出放大器功能的分布，本實(shí)施例中的晶體管512為位線(xiàn)提供了低于現(xiàn)有技術(shù)所能提供的阻抗。以這種方式安置電流至電壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是在傳輸門(mén)517上的電壓降較小，所需位線(xiàn)充電時(shí)間較短，或只需較小的預(yù)充電晶體管。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)INA 531在讀出周期開(kāi)始之前被充電到VDD。結(jié)果，當(dāng)傳輸門(mén)517被選定時(shí)，傳輸門(mén)517的P溝柵-源電壓是總的電源VDD。這使電壓傳輸門(mén)517的P溝部分完全導(dǎo)通。在現(xiàn)有技術(shù)中，柵-源被限制在VDD減去位線(xiàn)工作電平，它提供非常接近器件閾值的柵驅(qū)動(dòng)。其結(jié)果是，現(xiàn)有技術(shù)傳輸門(mén)工作于幾近截止。本發(fā)明確保在低速工作存儲(chǔ)周期中，節(jié)點(diǎn)INA 531可以完全地放電到地電位。沒(méi)有門(mén)517的N溝部分，就不可能發(fā)生這種情況。
雖然上述討論集中在從存儲(chǔ)器陣列部分440的讀出，但當(dāng)從存儲(chǔ)器陣列部分480讀取數(shù)據(jù)時(shí)，電路也以相似而對(duì)稱(chēng)的方式工作。
圖6示出了與導(dǎo)通的和非導(dǎo)通的存儲(chǔ)單元二者的讀出周期有關(guān)的各種信號(hào)的時(shí)間圖，可用來(lái)了解圖5的讀出放大器500的工作。水平軸表示各圖部的時(shí)間。導(dǎo)通位讀出和非導(dǎo)通位讀出各由3個(gè)圖部表示。第一圖部表示垂直存取的電壓，第二圖部表示電流，而第三圖部表示比較器輸出狀態(tài)。
圖6示出了圖5所討論的導(dǎo)通位讀出和非導(dǎo)通位讀出的信號(hào)關(guān)系。注意，雖然圖6所示的信號(hào)的相對(duì)值可用來(lái)了解存儲(chǔ)器組件400的工作，但它們不一定按比例繪出。在如前所述的導(dǎo)通位讀出過(guò)程中，當(dāng)在節(jié)點(diǎn)INA 531處讀取數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)INB 532處的電壓電平的放電速率將不同于節(jié)點(diǎn)INA 531處的信號(hào)的放電速率且不完全地放電到地電位。結(jié)果，電壓比較器530借助于讀出只被比較器530內(nèi)部電壓偏移改變的節(jié)點(diǎn)INA 531和節(jié)點(diǎn)INB 532之間的電壓差就可讀取被選定的存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。
同樣，圖形600示出了與陣列440的稱(chēng)為“IBIT”612的位單元有關(guān)的存儲(chǔ)單元電流的圖象；稱(chēng)為“ S1”614的通過(guò)電流源548和568的電流的圖象；以及稱(chēng)為“S1”614的通過(guò)電流源550和570的電流的圖象。同樣，在圖600中還提供了非導(dǎo)通的位讀出的圖示信息。
圖7以方框圖的形式示出了用于圖4的存儲(chǔ)器組件400中的編程驅(qū)動(dòng)器700。編程驅(qū)動(dòng)器700構(gòu)成圖5的讀出放大器500的一部分且包括通常用于讀出周期的元件以及只用于寫(xiě)入周期的元件。編程驅(qū)器700包括一個(gè)圖5的電壓比較器530的一部分、一個(gè)程序驅(qū)動(dòng)器710、譯碼器720和760、以及強(qiáng)制電路740和780。與編程驅(qū)動(dòng)器700有關(guān)的電壓比較器530部分包括隔離電路730和770以及一個(gè)平衡鎖存器750。隔離電路730有一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)731的輸入和一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)INA 531的輸出。隔離電路770有一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)771的輸入和端點(diǎn)INB。平衡鎖存器750有用來(lái)接收標(biāo)為“READ LATCH”、“READ LATCHB”、“PROGRAMLATCH”、“PROGRAMLATCHB”的信號(hào)的控制輸入端、連接于節(jié)點(diǎn)731和771的數(shù)據(jù)輸入端以及用來(lái)提供信號(hào)數(shù)據(jù)輸出534的輸出端。
強(qiáng)制電路740有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“ DATAL”的信號(hào)的輸入端以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)731的輸出端。強(qiáng)制電路780有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“DATAR”的信號(hào)的輸入端以及一個(gè)連接于節(jié)點(diǎn)771的輸出端。程序驅(qū)動(dòng)器710有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“VPGM”的充電泵參考電壓的電壓參考輸入端、一個(gè)標(biāo)為“IN1”的連接于節(jié)點(diǎn)731的第一輸入端、一個(gè)標(biāo)為“IN2”的連接于節(jié)點(diǎn)771的第二輸入端、一個(gè)標(biāo)為“OUT1”的用來(lái)提供標(biāo)為“ VOUTL”的第一輸出信號(hào)的第一輸出端、以及一個(gè)標(biāo)為“ OUT2”的用來(lái)提供標(biāo)為“VOUTR”的信號(hào)的第二輸出端。
在工作中，編程驅(qū)動(dòng)器700包括與圖5的讀出放大器500共用的元件，節(jié)省了電路面積。如圖7所示，電壓比較器530也被用于編程模式中，且包括一個(gè)平衡鎖存器750和二個(gè)隔離電路730和770。平衡鎖存器750從強(qiáng)制電路740和780接收待要驅(qū)動(dòng)到選定位線(xiàn)的數(shù)據(jù)。當(dāng)在編程模式時(shí)，信號(hào)DATAL和DATAR以互補(bǔ)方式都被驅(qū)動(dòng)。信號(hào)DATAL和DATAR中哪一個(gè)為真及哪一個(gè)為補(bǔ)，這依賴(lài)于哪半個(gè)陣列被選定。當(dāng)標(biāo)為“PGM LATCH”和“PGM LATCHB”的信號(hào)被激活時(shí)，這一狀態(tài)被儲(chǔ)存在鎖存器中。被鎖存的數(shù)據(jù)被程序驅(qū)動(dòng)器710接收，它將恰當(dāng)?shù)碾妷弘娖教峁┙o選定的位線(xiàn)所在的位線(xiàn)譯碼器。同樣，在寫(xiě)入模式中，當(dāng)右位單元陣列480被選定時(shí)，強(qiáng)制電路780將恰當(dāng)?shù)臓顟B(tài)驅(qū)動(dòng)到鎖存器740，且程序驅(qū)動(dòng)器710將恰當(dāng)?shù)男盘?hào)提供給位線(xiàn)譯碼器760。
程序驅(qū)動(dòng)器710用來(lái)在輸入IN1和IN2處分別接收節(jié)點(diǎn)731和771上的信號(hào)且分別提供標(biāo)為OUT1和OUT2的輸出電壓。OUT1和OUT2處的電壓處于比接收到的電壓更高的電壓電平。較高的電壓電平?jīng)Q定于約為5V的輸入電壓信號(hào)VPGM。由于程序驅(qū)動(dòng)器710的工作，電壓比較器530要求隔離電路730和770以免信號(hào)OUT1和OUT2的更高的電壓對(duì)平衡鎖存器750的電路的損壞。在編程周期中，被選定的存儲(chǔ)單元的電流要求也明顯地影響VPGM的電壓，因此，用與VPGM隔開(kāi)的穩(wěn)定的VDD電源來(lái)對(duì)平衡鎖存器750供電是很重要的。電壓比較器530的重復(fù)使用可減小電路面積并使編程驅(qū)動(dòng)功能可在較小的間隔(亦即與讀出放大器有關(guān)的8個(gè)位線(xiàn)的間距)內(nèi)完成。
圖8以局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了具體的電路，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖5的讀出放大器500部分和圖7的編程驅(qū)動(dòng)器700。由于圖8的電路是這些電路的一個(gè)特例，故在圖8的信號(hào)與圖5的信號(hào)之間不一定存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如，圖5的信號(hào)比較啟動(dòng)582是用圖8的互補(bǔ)信號(hào)SALATB和SALAT實(shí)現(xiàn)的。信號(hào)數(shù)據(jù)輸出534由構(gòu)成總線(xiàn)一部分的圖8的互補(bǔ)信號(hào)DATAL和DATAR來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖8的信號(hào)CDECL和CDECR分別是圖5的節(jié)點(diǎn)INA 531和節(jié)點(diǎn)INB 532。在圖5和7中相對(duì)應(yīng)的其它元件用相同的參考號(hào)表示。
圖9以局部方框圖、局部邏輯圖和局部示意圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的控制柵驅(qū)動(dòng)電路900?？刂茤膨?qū)動(dòng)電路900代表圖4的高壓字譯碼部分430的一部分。控制柵驅(qū)動(dòng)電路900包括一個(gè)隔離電路/電平移位器910、一個(gè)電壓參考開(kāi)關(guān)912、P型MOS晶體管925、932、934和936、一個(gè)偏置電路920、一個(gè)擦除電源914、一個(gè)正編程電源916、一個(gè)負(fù)編程電源930、一個(gè)脈沖電路940以及一個(gè)高壓行譯碼器950。
隔離電路/電平移位器910有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“PROGRAM/EARSE DECODE”964的信號(hào)的第一輸入端、一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“讀信號(hào)”962的信號(hào)的第二輸入端、一個(gè)第一電壓參考端、一個(gè)連接于地電位的第二電壓參考端以及一個(gè)輸出端。電壓參考開(kāi)關(guān)912有一個(gè)第一輸入電壓參考端、一個(gè)第二輸入電壓參考端和一個(gè)第三輸入電壓參考端、以及一個(gè)連接起來(lái)將電壓參考輸出提供給隔離電路910的第一電壓參考端的輸出端。
晶體管925有一個(gè)連接于地電位的柵、一個(gè)連接于地電位的漏、一個(gè)連接于電壓參考開(kāi)關(guān)912的第一輸入電壓參考端的源以及一個(gè)體端。偏置電路920有一個(gè)連接于晶體管925的源的第一端和一個(gè)連接于晶體管925的體端的第二端。偏置電路920包括電阻器921和922。電阻器921的第一端連接于VDD，而第二端連接于晶體管925的體電極。電阻器922的第一端連接于電阻器921的第二端，而第二端連接于晶體管925的源。
擦除電源914的第一端連接于地參考電位，而第二端連接于電壓參考開(kāi)關(guān)912的第二電壓參考輸入。正編程電源916的第一電壓端連接于地參考電位，而第二電壓參考端連接于電壓參考開(kāi)關(guān)912的第三輸入電壓參考端。晶體管936的柵連接于地參考電位、第一電流電極連接于隔離電路912的輸出端、第二電流電極連接于被選定行上的晶體管的控制柵，而體電極連接于第一電流電極。晶體管934有一個(gè)柵、一個(gè)第一電流電極、一個(gè)連接于晶體管936的第二電流電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管936的第一電流電極的體電極。晶體管932有一個(gè)柵、一個(gè)第一電流電極、一個(gè)連接于晶體管934的第一電流電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管936的第一電流電極的體電極。負(fù)編程電源930的第一端連接于地電源，而第二端連接于晶體管932的第一電流電極。脈沖電路940有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“譯碼地址”的信號(hào)的輸入，并有一個(gè)連接于晶體管932的柵的第一輸出端和一個(gè)連接于晶體管934的柵的第二輸出端。高壓行譯碼器950用來(lái)接收標(biāo)為“地址960”的信號(hào)，而輸出用來(lái)將譯碼地址提供給脈沖電路940。
注意，如圖9所示，控制柵驅(qū)動(dòng)電路900包括部分高壓預(yù)譯碼區(qū)432和高壓字譯碼器430。但在其它實(shí)施例中對(duì)這些功能的指定可能是不同的。因此，認(rèn)識(shí)到控制柵驅(qū)動(dòng)電路900整體執(zhí)行的功能是重要的。
在工作中，控制柵驅(qū)動(dòng)電路900如圖3的規(guī)定以及進(jìn)一步參照?qǐng)D4驅(qū)動(dòng)控制柵。在讀出模式中，電壓參考開(kāi)關(guān)912被設(shè)置于第一位置，以便電連接到晶體管925的源。同樣在讀出模式中，讀信號(hào)962是激活的，使隔離電路/電平移位器910在其輸出端提供一個(gè)等于第一電壓參考端上的電壓的電壓。此電壓等于晶體管925的P溝閾值電壓加上一個(gè)小的附加量。此小的附加量決定于電阻器921和922的相對(duì)大小以及晶體管925的特性。偏置電路920利用MOSFET的體效應(yīng)使晶體管925的閾值稍許提高；于是，二極管式連接的晶體管925的源極處的電壓就稍許高于使晶體管936導(dǎo)通所需求的在其源極處的電壓。由于晶體管925和晶體管936之間的偏置增量差，晶體管936就變成稍許導(dǎo)通。使晶體管936稍許導(dǎo)通的這一控制借助于通過(guò)偏置電路920而使晶體管925的體偏置于稍高于源以及在晶體管925和936之間形成匹配而達(dá)到。晶體管925和936最好有相同的柵寬和柵長(zhǎng)尺寸并在集成電路上沿相同的方向取向。此外，最好選擇小的附加電壓以確保晶體管936對(duì)所有可預(yù)見(jiàn)的工藝變化都變成導(dǎo)通。
在擦除模式中，電壓參考開(kāi)關(guān)912被設(shè)置于第二位置以使電連接擦除電源914和隔離電路/電平移位器910的第一電壓參考端。由于在擦除模式中讀信號(hào)962是不激活的，故隔離電路電平移位器910是否將+15V提供給控制柵就決定于PGM/ERASE DECODE SIGNAL 964。PGM/ERASE DECODE SIGNAL 964代表從低壓字譯碼區(qū)420或460所接收到的編程/擦除信號(hào)與預(yù)譯碼信號(hào)二者的一個(gè)邏輯組合。在擦除模式中，若PGM/ERASE DECODE SIGNAL 964是激活的，則控制柵驅(qū)動(dòng)器900將相應(yīng)的控制柵驅(qū)動(dòng)到擦除電源914所產(chǎn)生的+15V。
在編程模式中，電壓參考開(kāi)關(guān)912被設(shè)置于第三位置以便電連接正編程電源916和隔離電路/電平移位器910的第一電壓參考端。與擦除模式不同的是，當(dāng)相應(yīng)的控制柵不位于被選定的行上時(shí)，在編程模式中信號(hào)PGM/ERASE DECODE 964是激活的。在驅(qū)動(dòng)一個(gè)未被選定的行時(shí)，隔離電路/電平移位器910驅(qū)動(dòng)一個(gè)正編程電源916所提供的等于3.5V的電壓。加于晶體管936的第一電流電極的這一3.5V的信號(hào)使晶體管936變?yōu)閷?dǎo)通，從而將3.5V的電壓提供給未被選定編程的單元的控制柵。
當(dāng)信號(hào)PGM/ERASE DECODE 964不激活時(shí)，表明相應(yīng)的控制柵位于被選定的行上，隔離電路/電平移位器910將VSS驅(qū)動(dòng)到晶體管936的第一電流電極，使晶體管936不導(dǎo)通。同時(shí)，高壓行譯碼器950將信號(hào)譯碼地址激活到脈沖電路940。脈沖電路940使晶體管932和934導(dǎo)通，使負(fù)編程電源930連接到控制柵。注意，當(dāng)以這種方式選擇時(shí)，晶體管936起隔離晶體管的作用，防止負(fù)編程電源930所提供的-12V到達(dá)隔離電路/電平移位器910的輸出端。
借助于向未被選定編程的單元提供3.5V偏壓，控制柵驅(qū)動(dòng)電路900實(shí)現(xiàn)了二個(gè)目的。首先，降低了受浮柵邊緣附近電場(chǎng)影響的位單元結(jié)泄漏電流部分。泄漏電流的這一降低反過(guò)來(lái)又降低了所要求的編程電源的電流。控制柵驅(qū)動(dòng)電路900在未被選定的控制柵上也使用3.5V偏壓來(lái)降低被選定編程的位線(xiàn)上未被選定的單元的隧道氧化物上的電場(chǎng)。這就降低了位線(xiàn)電壓對(duì)儲(chǔ)存在正被編程的位線(xiàn)中未被選定的單元上的數(shù)據(jù)狀態(tài)的干擾速率。
負(fù)編程電源930、正編程電源916以及擦除電壓914對(duì)左半個(gè)位單元陣列440和右半個(gè)位單元陣列480是共用的。在高壓字譯碼區(qū)430中有四個(gè)晶體管，以晶體管932為代表。而且，對(duì)應(yīng)于每個(gè)字線(xiàn)有一個(gè)晶體管，相當(dāng)于晶體管934。
脈沖電路940將脈沖流提供給選擇晶體管932和934，以逐漸地在被選定的字線(xiàn)上形成-12V的編程電壓，而不是在編程模式中向選定的字線(xiàn)提供連續(xù)的激活信號(hào)。由于連接負(fù)編程電源930的電路不在讀出模式的關(guān)鍵速度路徑中，故不需要使速度最大化，此速度即可使脈沖電路940逐漸地形成所需的-12V。此外，晶體管932和934可做得更小。在所示實(shí)施例中，晶體管934小得足以安置在存儲(chǔ)單元的間距中。而且，這一脈沖作用還使產(chǎn)生或用作負(fù)編程電源930的充電泵中的各個(gè)電容器可以做得更小。
圖10以示意的形式示出了可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖9的脈沖電路940的一部分的具體電路。注意此電路只是一個(gè)例子，也可采用其它的電路。圖10還示出了晶體管934和P溝晶體管1002。晶體管1002相似于晶體管934，但它驅(qū)動(dòng)不同于晶體管934所驅(qū)動(dòng)的字線(xiàn)上的控制柵。晶體管934提供標(biāo)為“ CG0”的控制柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而晶體管1002提供標(biāo)為“CG1”的不同的控制柵信號(hào)。作為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)，在圖10各信號(hào)與圖9各信號(hào)之間沒(méi)有必要存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖11以局部方框圖和局部示意的形式示出了用來(lái)產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的圖9的控制柵驅(qū)動(dòng)電路900的電源的充電泵1120。充電泵1120包括一個(gè)非線(xiàn)性級(jí)1130、一個(gè)參考電壓發(fā)生級(jí)1140以及線(xiàn)性級(jí)1150和1160。電壓參考發(fā)生電路1140連接于第一電壓參考端(VDD)，并產(chǎn)生標(biāo)為“VZ”的參考電壓。VDD是一個(gè)更正的電源端，其標(biāo)稱(chēng)值為2.7V，但也可更低得多。級(jí)1130連接于VDD，它接收參考電壓VZ和標(biāo)為“PROGRAM/ERASE CONTROL”的信號(hào)，并產(chǎn)生標(biāo)為“PROGRAM VOLTAGE1”的信號(hào)以及標(biāo)為“φA”、“φB”、“φC”和“φD”的信號(hào)。線(xiàn)性級(jí)1150接收信號(hào)φC、φD和PROGRAM VOLTAGE1，并產(chǎn)生標(biāo)為“ERASE VOLTAGE”的輸出信號(hào)。線(xiàn)性級(jí)1160接收信號(hào)φA和φB并產(chǎn)生標(biāo)為“PROGRAM VLOTAGE2”的信號(hào)。如圖3所示，PROGRAM VOLTAGE1約為5V，而PROGRAM VOLTAGE2約為-12V，因而它們都適合于用來(lái)對(duì)圖1的EEPROM單元進(jìn)行編程。ERASE VOLTAGE也被設(shè)置于約15.5V。
非線(xiàn)性級(jí)1130包括一個(gè)穩(wěn)壓倍增級(jí)1132，它有一個(gè)連接于VDD的輸入、一個(gè)標(biāo)為“VZ”的用來(lái)接收電壓參考信號(hào)的輸入、以及一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生大約二倍于輸入處接收到的電壓的輸出電壓的輸出；一個(gè)電壓倍增級(jí)1134，它有一個(gè)連接于級(jí)1132的輸出的輸入、一個(gè)標(biāo)為“VZ”的用來(lái)接收電壓參考信號(hào)的輸入、以及一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生大約二倍于輸入處接收到的電壓的輸出電壓的輸出；一個(gè)電壓倍增級(jí)1136，它有一個(gè)連接于級(jí)1134的輸出的輸入、一個(gè)標(biāo)為“VZ”的用來(lái)接收電壓參考信號(hào)的輸入、一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)PROGRAM VOLTAGE1和相位信號(hào)φA、φB、φC、φD的輸出。
電壓VZ最好選擇成限制任何一級(jí)產(chǎn)生PROGRAM VOLTAGE1所要求的5V以上的輸出。在本發(fā)明的本實(shí)施例中，當(dāng)各級(jí)都接收相同的電壓VZ時(shí)，每級(jí)接收相同的電壓參考。在不同的實(shí)施例中，可對(duì)各級(jí)采用不同的參考電壓。穩(wěn)壓倍增級(jí)1136產(chǎn)生一系列電壓幅度約等于PROGRAM VOLTAGE1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)被用來(lái)為線(xiàn)性級(jí)1150和1160提供定時(shí)和功率。
電壓參考發(fā)生電路1140包括連接于穩(wěn)壓倍增級(jí)1144的穩(wěn)壓倍增級(jí)1142。級(jí)1144連接于線(xiàn)性級(jí)1146。級(jí)1146連接于電流旁路穩(wěn)壓二極管1148，1148連接于標(biāo)為“VSS”的電源端。VSS的標(biāo)稱(chēng)值通常為0V，這低于VDD電位。穩(wěn)壓倍增級(jí)1142和1144以非穩(wěn)壓方式被采用。級(jí)1144同級(jí)1142一樣會(huì)使其輸入處提供的電壓倍增。同樣，線(xiàn)性級(jí)1146也是不穩(wěn)壓的。但對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，顯然，為了防止其固有的晶體管擊穿，級(jí)1142、1144和1146中的任一級(jí)可能需要二次穩(wěn)壓。顯然，根據(jù)給定應(yīng)用的電流和面積限制，級(jí)1142、1144和1146可以是線(xiàn)性與電壓倍增級(jí)的各種組合。為了充電泵1120的效果，必需為級(jí)1142、1144和1146產(chǎn)生足以將二極管1148偏置成擊穿的電壓VZ，從而產(chǎn)生參考電壓VZ。
線(xiàn)性級(jí)1150和1160分別用來(lái)產(chǎn)生ERASE VOLTAGE和PROGRAM VOLTAGE2。級(jí)1150和1160是本技術(shù)領(lǐng)域熟知的迪克森(Dickson)型線(xiàn)性充電泵。
圖12以局部方框圖和局部示意的形式示出了電壓倍增級(jí)1132。注意電壓倍增級(jí)1132可用作圖11中的其它電壓倍增級(jí)的一個(gè)。電壓倍增級(jí)1132包括電容器1282(C1)、1292(C2)和1204(C3)、P型晶體管1283、1284、1285、1286、1293、1294、1295、1296和1202、N型晶體管1287、1297和1206以及電平移位器1270。電容器C1有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極。P型晶體管1283有一個(gè)用來(lái)接收標(biāo)為“CK3”的信號(hào)的控制電極、一個(gè)第一電流電極、一個(gè)連接于電容器C1的第一電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于其第一電流電極的N型體端。晶體管1284有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK7的信號(hào)的控制電極、一個(gè)第一電流電極、一個(gè)連接于電容器C1的第一電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管1283的體端的N型體端。P型晶體管1285有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK6的信號(hào)的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1284的第二電流電極的第一電流電極、一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為“VIN”的輸入電壓的第二電流電極、以及一個(gè)連接于P型晶體管1283的N體端的N體端。P型晶體管1286有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK5的信號(hào)的控制柵、一個(gè)連接于晶體管1285的第二電流電極的第一電流電極、一個(gè)連接于C1的第二電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接起來(lái)以接收輸入電壓VIN的N體端。晶體管1287有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK1的信號(hào)的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1286的第二電流電極的第一電流電極、以及一個(gè)連接于第一電壓參考端的第二電流電極。晶體管1294有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK8的信號(hào)的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1284的第一電流電極的第一電流電極、一個(gè)第二電流電極、以及一個(gè)連接于P型晶體管1283的N體端的N體端。P型晶體管1295有一個(gè)連接于晶體管1286的控制電極的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1294的第二電流電極的第一電流電極、一個(gè)連接起來(lái)以接收VIN的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管1283的N體端的N體端。P型晶體管1296有一個(gè)連接于晶體管1285的控制電極的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1295的第二電流電極的第一電流電極、一個(gè)第二電流電極、以及一個(gè)連接起來(lái)以接收VIN的N體端。晶體管1297有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK2的信號(hào)的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1296的第二電流電極的第一電流電極、以及一個(gè)連接于第一電壓參考端的第二電流電極。C2有一個(gè)連接于晶體管1294的第二電流電極的第一電極以及一個(gè)連接于晶體管1296的第二電流電極的第二電極。晶體管1293有一個(gè)連接起來(lái)以接收標(biāo)為CK4的時(shí)鐘信號(hào)的控制節(jié)點(diǎn)、一個(gè)連接于晶體管1283的第一電流電極的第一電流電極、一個(gè)連接于C2的第一電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管1283的N體端的N體端。
晶體管1202有一個(gè)連接于第一電壓參考端的控制電極、一個(gè)連接于晶體管1283的第一電流電極的第一電流電極、一個(gè)連接于晶體管1294的第一電流電極的第二電流電極、以及一個(gè)連接于晶體管1283的N體端的N體端。電容器C3有一個(gè)連接于晶體管1202的第二電流電極并在其上提供標(biāo)為“UNREGULATED OUTPUT VOLTAGE”的信號(hào)的第一電極以及一個(gè)連接于第一電壓參考端的第二電極。晶體管1206有一個(gè)連接起來(lái)以接收電壓VZ的控制電極、一個(gè)連接于C3的第一電極的第一電流電極以及一個(gè)用來(lái)提供標(biāo)為“REGULATED OUTPUT VOLTAGE”的輸出的第二電流電極。電平移位器1270連接于晶體管1206的第一電流電極，接收VIN、φ1-φ4，并產(chǎn)生信號(hào)CK3、CK4、CK5、CK6、CK7和CK8。
在工作中，電壓參考電路1140將參考電壓VZ提供給非線(xiàn)性級(jí)1130的各個(gè)電壓倍增級(jí)1132、1134和1136。由于VZ只提供一個(gè)電壓參考，故電路1140只需提供小量的電荷。非線(xiàn)性級(jí)1130提供PROGRAMVOLTAGE1，從而提供外部負(fù)載(未示出)所需的電荷。借助于非線(xiàn)性級(jí)，由于在這些第一級(jí)中的電壓明顯地更低而能夠在半導(dǎo)體器件上制作介電層更薄的第一級(jí)電容器。正如下面參照?qǐng)D14將要描述的那樣，較薄的介電層使電容器可具有更大的電容量。這就可使充電泵占用較小的半導(dǎo)體面積。
圖13示出了信號(hào)的時(shí)間圖，可用來(lái)理解圖12的電壓倍增級(jí)1132的工作。圖12示出了控制圖12的穩(wěn)壓培增級(jí)1132的工作的信號(hào)φ1-φ4以及CK1-CK8的時(shí)間關(guān)系。現(xiàn)同圖12一起來(lái)考慮圖13，在時(shí)鐘周期的一個(gè)特定時(shí)間即部位，各時(shí)鐘信號(hào)或?yàn)榧せ罨驗(yàn)椴患せ?。時(shí)鐘周期各部位表為t1、t2、t3和t4。在t1和t2期間，CK1是激活高。在t1期間，CK4是激活低。在時(shí)間t1，CK6是激活低。在時(shí)間t1，CK8是激活低。在時(shí)間t3和t4，CK2是激活高，在時(shí)間t3，CK3是激活低。在時(shí)間t3，CK5是激活低。在時(shí)間t3，CK7是激活低。注意，圖13中各箭頭表明在時(shí)間t2或t4中的基本相似的時(shí)間何時(shí)出現(xiàn)邊界但實(shí)際上跟隨著發(fā)生在基本相同時(shí)間處的另一邊界。例如，CK4在時(shí)間t2的上升沿發(fā)生在t2時(shí)間CK6的上升沿之后。實(shí)際上這就保證了受CK6控制的晶體管在CK4信號(hào)被稱(chēng)為不激活之前已轉(zhuǎn)變。CK1和CK2分別在時(shí)間t2和t4結(jié)束處轉(zhuǎn)變到激活低。圖13的時(shí)間使電容器1282和1292在通過(guò)晶體管1206而提供REGULATED OUTPUT VOLTAGE的同時(shí)能夠被輸入信號(hào)交替地充電。
在t1期間，一旦得到一個(gè)穩(wěn)態(tài)條件，電容器C1就被充電，同時(shí)電容器C2被放電。由于晶體管1285和1287被驅(qū)動(dòng)到激活，同時(shí)晶體管1284、1286和1283被驅(qū)動(dòng)為不激活，故方便了電容器C1的充電。這使電容器C1連接在VIN與第一電壓參考之間，同時(shí)將電容器C1隔離于電路1132的其余部分。結(jié)果，電荷流入C1直至被充電到電壓VIN即周期結(jié)束。在t3期間，電容器C2以相似的方式被充電到VIN。
在t1期間，C2產(chǎn)生為獲取UNREGULATED OUTPUTVOLTAGE所需的被加倍的電壓。晶體管1293、1296和1294被驅(qū)動(dòng)到激活而晶體管1297、1295、1284、1286被驅(qū)動(dòng)到不激活就方便了這一點(diǎn)。這使C2連接在UNREGULATED OUTPUT VOLTAGE端和VIN之間，同時(shí)將電容器C2隔離于電路1132的其余部分。在晶體管1294的第一電極處產(chǎn)生的電壓(它代表不穩(wěn)壓的輸出電壓)是C2上的電壓與VIN相加。如前所述，C2上的電壓約為VIN，故產(chǎn)生一個(gè)二倍VIN的電壓。不穩(wěn)壓的輸出電壓被由基本上恒定的信號(hào)VZ偏置的晶體管1206調(diào)整，以產(chǎn)生REGULATED OUTPUT VOLTAGE。在t3期間，電容器C1以相似的方式被連接在VIN與輸出端之間。
在t2期間，為了防止電荷在晶體管1286和1287共用的電極處注入，必須保持晶體管1287處于激活態(tài)。這確保了電極處于地電位，從而確保電極所代表的漏-襯底結(jié)不被正向偏置，例如，借助于確保晶體管1284、1285和1286在晶體管1287變?yōu)椴患せ钪耙淹耆D(zhuǎn)變，就避免了襯底結(jié)正向偏置的可能性。同樣，當(dāng)晶體管1294、1295和1296在t4期間正轉(zhuǎn)變時(shí)，為了避免晶體管1296和1297共用的節(jié)點(diǎn)上的相同效應(yīng)，要確保晶體管1297處于激活態(tài)。
晶體管1283、1284、1285、1293、1294、1295和1202具有一個(gè)公用的N體端。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的N體端實(shí)際上是一個(gè)N阱。此N阱通過(guò)分別在t3和t1期間處于激活態(tài)的晶體管1283和1293而被充電到UNREGULATED OUTPUT VOLTAGE。晶體管1202是一個(gè)用來(lái)確保N阱電壓不上升到明顯高于REGULATED OUTPUTVOLTAGE并保持于此一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的弱晶體管。例如，在起動(dòng)時(shí)即當(dāng)輸出負(fù)載被加于充電泵的輸出時(shí)，可能存在N阱被充電到明顯高于UNREGULATED OUTPUT VOLTAGE的情況。這種電壓差使MOS晶體管變得更不導(dǎo)通。如果維持下去，這種情況可能降低泵的總輸出。因此，晶體管1202確保任何電壓差的性質(zhì)只是過(guò)渡性的。借助于將N體驅(qū)動(dòng)到UNREGULATED OUPUT VOLTAGE并且不使其隨每一周期充放電，由于沒(méi)有與阱相關(guān)的容性寄生所造成的電荷損失而增大了效率。
在t2和t4期間，有可能有段時(shí)間CK4已轉(zhuǎn)變而CK1未轉(zhuǎn)變。此時(shí)，REGULATED OUTPUT VOLTAGE不可能從C1或C2接收其電壓，因此，為了在此時(shí)填補(bǔ)空白，需要電容器C3來(lái)供應(yīng)t2和t4期間電平移位器所需的任何電荷。通常，由于t2所代表的時(shí)間比t1短得多，故電容器C3比電容器C1和C2小得多。同樣，C3在t4期間也提供所需的電壓。
電位移位器1270接收如圖13所示的信號(hào)φ1-φ4。φ1代表t1期間的一個(gè)激活信號(hào)。φ2代表t2期間的一個(gè)激活信號(hào)。φ3代表t3期間的一個(gè)激活信號(hào)。φ4代表t4期間的一個(gè)激活信號(hào)。這些信號(hào)被組合在一起以產(chǎn)生CK1-CK8的恰當(dāng)?shù)募せ钚盘?hào)和不激活信號(hào)。CK1和CK2有0V或地電位的不激活低電壓以及激活的高壓參考VDD。CK3-CK8具有等于0即接地的激活的或不激活的低信號(hào)，而激活的或不激活的高態(tài)等于出現(xiàn)在電容器C3的第一電極處的UNREGULATED OUTPUTVOLTAGE。此外，CK1和CK2分別借助于組合信號(hào)φ1和φ2以及信號(hào)φ3和φ4而產(chǎn)生。電平移位器就這樣施加所需的恰當(dāng)?shù)碾妷弘娖揭则?qū)動(dòng)圖11中充電泵1120中的各級(jí)。
反過(guò)來(lái)參照?qǐng)D11，用圖12的穩(wěn)壓倍增級(jí)電路1132來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)1142和1144。但方框1144被示為驅(qū)動(dòng)二個(gè)信號(hào)(φ5和φ6)以驅(qū)動(dòng)Dickson型級(jí)1146。由于Dickson級(jí)1146的要求，信號(hào)φ5和φ6必須基本上等于級(jí)1144的偏壓或輸出電壓。當(dāng)滿(mǎn)足此條件時(shí)，帶有三個(gè)內(nèi)部級(jí)的Dickson級(jí)1146能夠提供高達(dá)四倍于其輸入電壓的輸出電壓，但無(wú)論如何要限制在二極管1148的擊穿電壓之內(nèi)。
非線(xiàn)性級(jí)1130的級(jí)1132、1134和1136采用圖12的穩(wěn)壓倍增級(jí)電路1132。在這些情況的每種情況下，調(diào)整電壓VZ將任何一級(jí)所產(chǎn)生的電壓限制為5V。非線(xiàn)性級(jí)1130的末級(jí)提供額外的相位信號(hào)φA、φB、φC和φD。這里信號(hào)利用二個(gè)連接在REGULATED OUTPUT VOLTAGE節(jié)點(diǎn)和地之間的N和P晶體管對(duì)(未示出)從電路1132產(chǎn)生。時(shí)間由圖13中的時(shí)間信號(hào)控制。N和P晶體管中哪一對(duì)被選定，實(shí)際上由PROGRAM/ERASE CONTROL信號(hào)控制。被選定的N和P晶體管對(duì)將產(chǎn)生所需的應(yīng)答輸出信號(hào)，使Dickson型充電泵1150和1160得以工作。應(yīng)該指出的是，級(jí)1150和級(jí)1160的工作是相互排他的，即在任一給定時(shí)間只有一個(gè)級(jí)被驅(qū)動(dòng)。
為了估計(jì)各穩(wěn)壓倍增級(jí)1132、1134、1136、1142和1148中每一級(jí)的C1和C2的電容值，可利用下列公式式1Q＝Iout/Freq；式2V(n)＝VDD*(Vout/VDD)**(n/N)；式3VC(n)＝2*V(n-1)-V(n)；式4C(n)＝QE12*((2**(N-n))*(eff**(n-1-N)))/Vc(n)；
其中VDD是電源電壓；N是充電泵中的級(jí)數(shù)；Iout是所需的輸出電流；Vout是所需的輸出電壓；eff是電路的效率；Freq是充電泵的開(kāi)關(guān)頻率。
式1表示充電泵輸出處可獲得的電荷量。式2表示若各級(jí)的大小產(chǎn)生均勻的級(jí)間增益時(shí)，在給定級(jí)n的輸出處的電壓。式3是給定級(jí)在激勵(lì)周期中(它包括諸如C1或C2之類(lèi)的電容器的充放電)的電容器上的電壓變化。式4是給定級(jí)和充電泵的總電容(單位為pf)。數(shù)值C(n)是C1和C2電容之和。通常C1和C2基本相似。例如，對(duì)于1.8V的VDD和三級(jí)充電泵，要求1μA的輸出電流且要求4.5V的輸出電壓，用1MHz的時(shí)鐘信號(hào)和98％的電路效率，每μA輸出電流的第一級(jí)電容值為3.7pf。第二級(jí)每μA輸出電流將要求1.3pf的電容，而第三級(jí)每μA輸出電流要求0.5pf電容。這可能是C1和C2電容組合所需的電容值。
上述的選定電容值顯示了采用本發(fā)明的非線(xiàn)性充電泵的優(yōu)點(diǎn)。第1級(jí)的電容器明顯地大于第2級(jí)或第3級(jí)合起來(lái)所要求的電容器。圖14示出了這一關(guān)系，以圖示形式示出了與圖11的充電泵1120中各級(jí)有關(guān)的電容。其優(yōu)點(diǎn)是第一級(jí)的工作電壓顯著地低于第二級(jí)和第三級(jí)的工作電壓，從而可在電容器C1和制作中采用更薄的介電層。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電容器C1的介電層可與位單元中所用的隧道氧化物介質(zhì)一樣厚。由于相關(guān)的電壓更高，這就可以用比在級(jí)C2和C3中由于與它們相關(guān)的較高電壓而要求使用厚膜介質(zhì)情況下更小得多的表面積來(lái)制作電容器。
雖然本發(fā)明已在最佳實(shí)施例中加以描述，但對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來(lái)說(shuō)，顯然可用各種方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改并可提出除上述特例外的許多實(shí)施例。例如，可用其它的電壓電平來(lái)對(duì)存儲(chǔ)單元編程，或用控制電路來(lái)控制不同數(shù)目的控制柵。因此，所附權(quán)利要求被認(rèn)為覆蓋了本發(fā)明構(gòu)思與范圍內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求
1.存儲(chǔ)器(400)，包含由位于多個(gè)選擇線(xiàn)和多個(gè)位線(xiàn)交叉處的存儲(chǔ)單元組成的陣列(440)、帶有用來(lái)接收行地址的輸入和用來(lái)激活多個(gè)選擇線(xiàn)中之一的輸出的行譯碼器(410，420)、帶有用來(lái)接收列地址的輸入和用來(lái)激活多個(gè)選擇信號(hào)中至少一個(gè)的輸出的列譯碼器(410)，此存儲(chǔ)器(400)的進(jìn)一步特征是各帶有一個(gè)耦合于上述多個(gè)位線(xiàn)中相應(yīng)的一個(gè)的輸入端和一個(gè)輸出端的多個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換器(512，513)；帶有多個(gè)耦合于上述多個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換器(512，513)的相應(yīng)輸出端的輸入端、多個(gè)耦合于上述列譯碼器(410)的上述輸出端的控制輸入端以及一個(gè)輸出端的選擇電路(515)；帶有耦合于電源電壓端的第一端和耦合于上述選擇電路(515)的上述輸出端的第二端的加載器件(548)；以及帶有耦合于上述選擇電路(515)的上述輸出端的第一輸入端、用來(lái)接收參考信號(hào)的第二輸入端以及用來(lái)提供表示被選定的存儲(chǔ)單元的邏輯態(tài)的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)的輸出端的電壓比較器(530)。
2.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器(400)，其特征是所述的加載器件(548)是一個(gè)電流源。
3.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器，其特征是所述的多個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換器(512，513)是相應(yīng)的多個(gè)N溝晶體管，各晶體管帶有一個(gè)耦合于一個(gè)相應(yīng)位線(xiàn)的第一電流電極、一個(gè)用來(lái)接收偏壓的控制電極以及一個(gè)耦合于上述選擇電路(515)的相應(yīng)輸入端的第二電流電極，其中所述的偏壓約等于參考電壓加上二倍的N溝閾值。
4.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器(400)，其特征是所述的選擇電路(515)是多個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳輸門(mén)，各帶有一個(gè)耦合于上述選擇電路(515)的相應(yīng)晶體管的第二電流電極的第一端、耦合于列譯碼器(410)的上述輸出端的第一和第二控制電極以及耦合于上述選擇電路(515)的上述輸出端的第二端。
5.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器(400)，其特征是所述的存儲(chǔ)單元陣列(440)是一個(gè)非易失存儲(chǔ)單元陣列，各具有一個(gè)決定于浮柵上所儲(chǔ)存的電荷的邏輯態(tài)。
6.權(quán)利要求5的存儲(chǔ)器(400)，其特征是各非易失存儲(chǔ)單元是一個(gè)電可擦可編程(EEPROM)存儲(chǔ)單元。
7.讀出放大器(500)，其特征是一個(gè)耦合于第一輸入(531)、第二輸入(532)并根據(jù)第一輸入和第二輸入的數(shù)值而產(chǎn)生讀出放大器數(shù)據(jù)輸出的電壓比較器(530)；一個(gè)耦合于第一輸入的第一輸入箝位器(542，544)，其中的第一輸入箝位器(542，544)確保第一輸入(531)處于或高于一個(gè)最小電壓；一個(gè)耦合于第一電壓參考端和第一輸入(531)的第一加載器件(548)，其中的第一加載器件(548)使第一輸入(531)具有一個(gè)第一放電速率；以及一個(gè)耦合于第二電壓參考端和第二輸入(532)的第二加載器件(570)，其中的第二加載器件(570)在第二輸入(532)耦合于導(dǎo)通的源(30)時(shí)使第二輸入(532)具有第二放電速率。
8.權(quán)利要求7的讀出放大器(500)，其進(jìn)一步特征是一個(gè)耦合于第二輸入(532)的第二輸入箝位器(562，564)，其中的第二輸入箝位器(562，564)確保第二輸入處于或高于一個(gè)最小電壓；一個(gè)耦合于第一電壓參考端和第二輸入(532)的第三加載器件(568)，其中的第三加載器件(568)使第二輸入(532)具有一個(gè)第三放電速率；一個(gè)耦合于第二電壓參考端和第一輸入(531)的第四加載器件(550)，其中的第四加載器件(550)使第一輸入具有一個(gè)第四放電速率；以及一個(gè)具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的開(kāi)關(guān)器件(546，566)，其中在第一狀態(tài)時(shí)，第一輸入箝位器(542，544)、第一加載器件(548)和第二加載器件(570)是激活的，使第一輸入(531)上的數(shù)據(jù)值可被讀取，而在第二狀態(tài)時(shí)，第二輸入箝位器(562，564)、第三加載器件(568)和第四加載器件(550)是激活的，使第二輸入(532)上的數(shù)據(jù)值可被讀取。
9.權(quán)利要求7的讀出放大器(500)，其中的第一放電速率小于第二放電速率。
10.權(quán)利要求7的讀出放大器(500)，其中的導(dǎo)通的源(30)是一個(gè)存儲(chǔ)單元。
全文摘要
存儲(chǔ)器,包括讀出放大器,具有連接于多個(gè)位線(xiàn)的電流電壓轉(zhuǎn)換器,形成電流參考的公共電流源和公共鎖存比較器。列譯碼選擇電路插入在電流電壓轉(zhuǎn)換器與鎖存比較器的一個(gè)輸入之間,從多個(gè)位線(xiàn)中選擇一個(gè)。讀出放大器在低電壓下工作,用箝位器和加載器件來(lái)建立鎖存比較器參考輸入上的第一放電速率。被選定的存儲(chǔ)單元的狀態(tài)在另一輸入上建立第二放電速率。在編程模式中,比較器各部分也同鎖存器一樣加倍。
文檔編號(hào)G11C7/00GK1176466SQ9711764
公開(kāi)日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月23日
發(fā)明者布魯斯·L·莫頓 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司